лаборатория фотоники красителей

Лаборатория фотоники красителей (№104) Центра фотохимии РАН: основные фундаментальные достижения и планируемые направления фундаментальных исследований

Работа лаборатории направлена на решение фундаментальных задач, связанных с установлением природы возбужденных состояний молекул красителей, свойств короткоживущих промежуточных продуктов фотохимических реакций, влияния среды и окружения на состояние молекул и протекание фотореакций в индивидуальных молекулах и супрамолекулярных системах, а также на решение ряда прикладных задач.

Был проведен комплекс исследований в области цис-транс фотосенсибилизированной изомеризации цианиновых красителей, результатом которых явилось обнаружение триплет-триплетной аннигиляции смешанного типа. Было установлено, что процесс фотоизомеризации конкурирует с окислительно-восстановительной реакцией на примере метилвиологена как акцептора электрона. Наряду с исследованием реакции фотопереноса электрона и цис-транс фотоизомеризации значительное место было отведено исследованиям в области фотохромизма спиросоединений. Установлено, что возникающая под действием света открытая (мероцианиновая) форма образует комплексы с ионами переходных металлов в растворах. Был предложен новый фотохимический метод исследования кинетики быстропротекающих реакций комплексообразования.

Результатом проведенных исследований явилось получение новых знаний также о механизмах фотосенсибилизированных окислительно-восстановительных реакций супрамолекулярных систем на основе агрегатов и, главным образом, димеров полиметиновых красителей в растворах. Установлено, что образование димеров моно-, три- и пентаметинтиацианиновых красителей приводит к усилению интеркомбинационной конверсии в триплетное состояние. Предложен новый метод изучения кинетики быстропротекающей реакции димеризации. Метод основан на фотохимическом скачке концентрации и дополняет существующие методы химической релаксации.

Наряду с изучением фотоники молекулярных и супрамолекулярных систем была впервые изучена кинетика J-агрегации тиа- и оксакарбоцианиновых красителей в водных растворах в присутствии ионов металлов, белков, полимеров и в смесях органических растворителей. Были рассмотрены различные модели агрегации (модель линейного роста агрегата, модель роста агрегата с учетом нуклеации, модель автокаталитического роста агрегата). Полученные результаты проанализированы для различных моделей агрегации.

Параллельно с фундаментальными исследованиями решался ряд прикладных задач, к числу которых следует отнести, прежде всего, нахождение условий защиты органических светодиодов от деструктирующего действия кислорода воздуха. Найден способ увеличения продолжительности работоспособности органических светодиодов, основанный на потреблении кислорода, проникающего через защитный полимерный материал. Способ основан на расходовании триплетного кислорода за счет реакции превращения в синглетный кислород.

В настоящее время проводятся исследования фотоники молекул и супрамолекулярных систем на основе красителей различных классов, включая стириловые, их краунсодержащие производные и их комплексы с ионами металлов, а также полиметиновых красителей с использованием спектральных, люминесцентных и спектрально-кинетических методов. Исследуются фотофизические процессы стирилового красителя, азакраунсодержащего аналога и его комплексов с катионами бария, свинца(II), кальция, натрия и серебра(I). Установлено участие триплетного состояния в процессах деградации энергии фотовозбуждения. Обнаружена фосфоресценция и замедленная флуоресценция красителей и их комплексов. Делается вывод о наличии возбужденного TICT состояния молекул. Проводятся исследования фотоники молекул красителей, внедренных в молекулу кавитанда – кукурбит[7]урила (КБ[7]). Методами спектроскопии ЯМР ¹H и квантовой химии изучено образование комплексов включения между стириловыми красителями и кукурбит[7]урилом (КБ[7]) в воде. Измерены спектры триплет-триплетного поглощения и время жизни в триплетном состоянии красителей и их комплексов. Методом наносекундного лазерного фотолиза исследуется влияние (КБ[7]) на фотопревращение тиакарбоцианинового красителя. Присутствие кукурбит[7]урила приводит к образованию комплекса с молекулой красителя с образованием димеров. Димеры в триплетном стоянии проявляют способность к переносу электрона. Изучаются первичные фотопроцессы в димерах тиамонометин- и тиапентаметинтиациановых красителей. Установлен механизм фотосенсибилизированной димерами в триплетном состоянии реакции переноса электрона.

К числу прикладных задач, выполняемых на настоящем этапе работе, относится разработка люминесцентных материалов для защитно-информационной маркировки изделий и упаковок товаров массового потребления. В состав люминесцентного материала входит ароматический амин, образованный в результате фотореакции с ароматическим азидом, входящим в состав нанокомпозита.

В перспективе работа лаборатории будет направлена на продолжение исследований фотоники молекул новых синтезированных красителей и супрамолекулярных систем с целью получения новых знаний о механизмах фотофизических процессов и первичных фотохимических реакций, а также на решение ряда практических задач.

Электронный архив